1、第3章 机床与刀具,3.1 金属切削机床基本知识 3.2 车削 3.3 钻削、镗削、拉削 3.4 铣削 3.5 磨削 3.6 齿轮加工,3.1 金属切削机床基本知识,3.1.1 机床的分类和型号 3.1.2 机床的技术性能 3.1.3 机床的运动分析 3.1.4 机床的精度和检验,一、金属切削机床的分类,按加工方式分： 12大类,按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床 按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度 按自动化程度：手动、机动、半自动、自动机床 按机床质量分：仪表机床、中型、大型、重型机床,3.1.1 机床的分类和型号,二、金属切削机床型号的编制,按GB/T15375-94金属切
2、削机床型号编制方法规定 （一）通用机床型号,1.机床的类别代号,例： C A 6 1 4 0 机床类别代号（车床类） 机床特性代号（结构特性） 机床组别代号（落地及卧式车床组） 机床系别代号（卧式车床系） 机床主参数代号（最大车削直径400mm）,2. 机床的特性代号 （1）通用特性代号,（2）结构特性代号 区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语 拼音区分。通用特性代号已用的字母及字母“I”、“O” 不能用。例：CA6140型普通车床,3.机床的组别和系别代号 每类机床分10组（从09组），每组又分10系（从09型）,4.主要参数代号 代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，常用
3、 主参数的折算值（1/10或1/100或1/1）来表示。,5.机床重大改进序号 用字母“A、B、C ”表示，附机床型号末尾，以示区别。,（二）专用机床型号 型号表示方法：,（三）组合机床及自动线型号,例 ： B13 100 北京第一机床厂 第三组 第100种专用机床（专用铣床）,组合机床及自动线分类代号,1.机床的工艺范围 机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀 具等等。,3.1.2 机床的技术性能,2.机床的技术参数 尺寸参数具体反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其它尺寸参数。 运动参数指机床执行件的运动速度，例如主轴的最高
4、转速与最低转速、刀架的最大进给 量与最小进给量(或进给速度)。 动力参数指机床电动机的功率，有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其它内容。,基本方法 ： 表面 运动 传动 机构,（一）工件表面的形成 零件上的常见表面： 1. 圆柱面 直线（母线）、圆（导线） 2. 圆锥面 直线（母线）、圆（导线） 3. 平面 直线或圆 、直线（导线） 4. 成形面（如螺纹面、渐开线表面）型线、螺旋线或直线,母线和导线统称为形成表面的发生线,3.1.3 机床的运动分析,由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也 不同，可归纳为四种：,1. 轨迹法：刀刃为切削点，它按一定的轨迹运动 而形成发生线。 此发生线
5、需要一个独立的成形运动,2. 成形法：刀刃为一条切削线，其形状与发生线 相同。 此发生线不需要成形运动,3. 相切法：刀具边旋转边作轨迹运动，刀具切削点 运动轨迹的包络线形成一条发生线。 此发生线需要两个独立的成形运动,4. 展成法：刀刃为一条切削线，但形状与发生线不 吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各 瞬时位置的的包络线。 此发生线需要一个独立的成形运动 ，刀工共同完成,（二）表面形成所需的运动 也即形成发生线所需的运动成形运动 按组成情况不同，可分为 简单成形运动： 复合成形运动：,一个成形运动是由单独的旋转运动或直线 运动构成的。,型线、螺旋线常需成型刀刃或几个简单运动组合，如
6、 由展成运动形成渐开线。,一个成形运动，是由两个或两个以上旋转 运动或直线运动，按照某种确定的运动关 系组合而成。,除成形运动外，还有下列运动： （1）分度运动 （2）切入运动 （3）辅助运动 进刀、退刀、回程和转位等 （4）操纵及控制运动 操纵离合器、改变速度、进给量等,按作用情况不同，可分为 主运动 速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。 进给运动 可以是一个或多个；可以是连续的，也可以是 断续的。 成形运动是机床最基本的运动,四、机床的传动 1. 机床的基本组成部分,（1）动力源 通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、 变频调速电机、步进电机等。,（3）传动件 把动
7、力源的动力和运动按要求传递给执行件或将运动由个执行 件传递到另一执行件的零部件，如齿轮、丝杠螺母、液压传动件等,（2）执行件 机床上直接夹持刀具或工件并实现所需运动的零部件，如主轴、 刀架、工作台等。,2. 机床的传动联系,把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系列传动件， 构成了一个传动联系，称其为传动链。 传动链两端的元件称为末端件，它可以是动力源或执行件。,按传动链的性质不同可分为： 外联系传动链 传动链两个末端件之间不要求有严格的传动比关系，如 车削时电机与主轴间的传动链 内联系传动链 传动链两个末端件之间要求有严格的传动比关系，如 车削螺纹主轴与刀架间的传动链；滚切齿轮工件与滚刀间
8、的传动链； 内联系传动链中不能用带传动、摩擦轮传动和链传动 。,传动链中通常包括两类传动机构 1.定比传动机构 传动比和传动方向固定不变的传动机构，如 定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等 2. 换置机构 根据加工要求可变换传动比和传动方向的传动机构，如 挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。,1）传动原理图 为了便于研究机床的传动原理, 用一些简明的符号把 动力源、执行件之间的传动联系表示出来的示意图。 并不表达实际传动机构的种类和数量,3. 传动原理图和传动系统图,2）传动系统图 表示机床全部运动的传动关系的示意图，用国家标准规 定的符号表示各种传动元件，并按照运动传递的顺序，
9、画 在能反映机床外形和各主要部件相互位置的展开图中。 只表示传动关系，而不表示各零件的实际尺寸和位置,1.几何精度 几何精度是指机床空载条件下，在不运动(机床主轴不转或工作台不移动等情况下)或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度。 2.运动精度 运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。 3.传动精度 传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。,3.1.4 机床的精度和检验,4.定位精度 定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。 5.工作精度 加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。 6.精度保持性 在规定
10、的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。,车削成型原理及应用,普通车床加工精度为IT8-IT7， Ra值为1.6-0.8m 数控车床加工外圆面可以达到的加工精度为IT6 精车有色金属Ra值可达0.8-0.4 m,车削定义与成形原理,定义：工件旋转作主运动，刀具作进给运动的切削加工方法称为车削。 成形原理：以刀具进给运动的轨迹作母线，绕车床的回转轴线旋转而形成的曲面。,车削加工质量,3.2 车削,车削加工多种外表面、内表面、端面、螺纹及成形面,直头外圆车刀 弯头车刀 偏刀 切槽或切断刀 镗孔刀 螺纹车刀 成形车刀,车刀,车削加工可以使用多种类型的刀具,按车刀的种类分,按车刀的用途分
11、,外圆车刀 端面车刀 内孔车刀 切断刀 成形车刀,成形车刀,成形车刀的特点,成形车刀又称样板刀，是加工成形内、外表面的专用刀具。工件的加工质量由刀具的精度保证，生产效率高，刀具的成本较高。适用于大批量生产。,成形车刀是根据工件的形状设计的，刀具的精度保证了工件的加工质量，因此加工质量较稳定，生产效率也很高。成形车刀的刀具耐用度高，单个刀具的成本较高。,成形车刀的分类,按结构和形状分 平体成形车刀、棱体成形车刀及圆体成形车刀,平体成形车刀 只能用来加工外成形表面，沿前刀面的可重磨次数不多。 棱体成形车刀 只能用来加工外成形表面，可重磨次数比平体成形车刀多。 圆体成形车刀 可用来加工内、外成形表面
12、，切削刃在圆周表面上分布。由于重磨时磨的是前刀面，故可重磨次数更多。,按车刀结构形式分,整体式车刀、焊接式车刀、机械固定式车刀（重磨和可转位）,在普通碳钢刀杆上将一定形状的硬质合金刀片，用黄铜、紫铜或其他焊料经钎焊固定在刀杆上，经过刃磨而成。 优点：结构简单，制造方便，可以根据需要进行刃磨，硬质合金的利用也较充分，故目前在车刀中仍占相当比重。,焊接式车刀,主要是高速钢车刀，俗称“白钢刀”，截面为正方形或矩形，使用时可根据不同用途进行修磨。,整体式车刀,径向进给成形车刀、切向进给成形车刀,按按进给方向分,避免了因焊接、刃磨产生的缺陷，刀具寿命长 便于快速更换，特别适合自动生产线和数控机床的使用
13、便于合理使用硬质合金和新型复合材料 刀杆可多次使用，利于专业化生产,可转位式车刀,组成 可转位刀片、刀垫、刀杆、夹紧机构,优点,A 上压式 夹紧力大，定位可靠，阻碍流屑 B 偏心式 结构简单，不碍流屑，夹紧力不大 C 综合式 夹紧力大， 耐冲击，结构复杂,刀片夹紧方式,新型车刀,车床,普通卧式车床 立式车床 六角车床 多刀半自动车床 仿形车床 单轴自动车床 多轴自动车床 专用车床,车床种类,车床是机械加工中最常用的加工设备，占机床总数的20%35%。,机床的特点及用途 通用性好，加工范围广，适于加工中、小型轴类、盘套类 零件的内外回转面、端面，能加工米制、英制、模数制、 径节制四种标准螺纹及加
14、大螺距、非标准螺距螺纹等。但 结构复杂，自动化程度低，适于单件小批生产及修配车间,机床的传动系统分析 为便于了解和分析机床的运动和传动情况，常用机床的传 动系统可分解为主运动传动链和进给运动传动链。进给运 动传动链又可分为纵向机动和横向机动进给传动链、螺纹 进给传动链，还有刀架快速移动传动链。,CA6140型卧式车床,CA6140型普通卧式车床,CA6140的主运动传动系统包含7根传动轴，I轴到轴；两个离合器M1和M2，以实现主轴正向转速30种，其中有6对转速数值非常接近，在实际使用中只用其中的6种，故总共使用的正向转速24种；反向转速15种，其中3对转速数值上非常接近，故实际使用的反向转速1
15、2种。,普通车床的主运动传动系统,传动路线 分析方法：抓两端，连中间,主运动传动链,主轴的转速及转速级数 主轴转速 主轴最高转速 n主g1450130/23056/3839/4163/501400 r/min 主轴最低转速 n主d1450130/23051/4322/5820/80 20/80 26/58 10 r/min,主轴转速级数 正转时 23 1 + (22-1 )= 6 + 18 = 24 级 反转时 131+ (22-1 )= 3 + 9 = 12 级,M1主轴的正转与反转的切换 M2主轴采用高速传动路线（M2闭合）与低速传动路 线（M2断开）的切换 M3加工公制螺纹（M3断开）与
16、英制螺纹（M3闭合） 的切换 M4加工高精、非标准螺纹（M4闭合）与加工普通螺 纹的切换 M5光杠传动（M5断开）与丝杠传动的切换 M6超越离合器，允许XX轴的右半部分比左半部分同 向以更高的速度旋转 M7安全离合器，切削过载保护 M8光杠驱动的纵向机动走刀方向的切换 M9光杠驱动的横向机动走刀方向的切换,CA6140离合器的作用,其他类型的车床,六角车床,转塔式六角车床,适用范围 适于加工形状比较复杂盘套类零件和成批加工,结构特点 没有尾架和丝杠，而在尾架的位置上装有一个能纵向移动的多工位刀架，其上可安装一系列刀具。工作中周期性转位，顺序地对工件进行加工。刀具行程由挡块控制，易保证精度，提高
17、生产率。 六角车床可分为转塔式和回轮式两类。,1.挡块限送料长度； 2.双刀同时车外圆； 3.车外圆及倒角； 4.打中心孔； 5.钻孔； 6.套车外螺纹； 7.前刀架刀切槽； 8.前刀架刀倒角； 9.前刀架刀滚花； 10.切断刀切下工件,立式车床,适用范围 适于加工直径大、长度短的重型工件，几个刀架可同时工作，生产率高。,结构特点 主要特点是主轴垂直布置，并有一个直径很大的圆形工件台，供安装工件使用。 常用的立式车床有单柱立式车床和双柱立式车床两类。,单柱立式车床,双柱立式车床,车削技术在多个领域都有长足的发展，如高速车削、加热车削、低温车削、超精密车削等。,车削技术的发展,高速车削,当切削速
18、度V大于临界切削速度Vcr时，切削温度会随着切削速度的提高而下降，切削力也会相应降低，能够正常地进行切削工作。 V Vcr叫做高速切削区。,原理,定义,指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。,切削温度-速度实验曲线,高速主轴,陶瓷轴承高速主轴结构,与钢球相比，陶瓷轴承的优点是： 陶瓷球密度减小60%，从而可大大降低离心力； 陶瓷弹性模量比钢高50%，使轴承具有更高刚度； 陶瓷摩擦系数低，可减小轴承发热、磨损和功率损失； 陶瓷耐磨性好，轴承寿命长。 采用电动主轴（电机与主轴作成一体）； 轴承转速特征值（= 轴径（mm）转速
19、（r/min）较普通钢轴承提高1.2 2倍，可达0.51106。,陶瓷轴承高速主轴结构特征,磁浮轴承高速主轴结构,主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。 刚度高，约为滚珠轴承主轴刚度10倍。 转速特征值可达4106。 回转精度主要取决于传感器的精度和灵敏度，以及控制电路性能，目前可达0.2m。 机械结构及电路系统均较复杂；又由于发热多，对冷却系统性能要求较高。,磁浮轴承高速主轴特点,高速切削的特点,以73000m/min的超高速加工高强度材料是可行的,超高速加工可减小工件的表面粗糙度，提高尺寸精度,高速加工的材料切除率可达常规切削的240倍，但生产率的提高
20、一般不超过10倍,加工淬火材料时，切削速度为36500m/min时刀具的磨损量最少，并比低速切削（12m/min）时的磨损量少,加工退火材料时，切削速度对刀具的磨损几乎没有影响,高速切削力大于常规切削力，但在实际应用中是可以控制,加工铝及铝合金材料，其切削速度可以无限高 加工铸件 高强度难加工材料，这种材料在常速下很难车削 加工余量很大的工件，切除效率极高，大幅度提高生产率 适合加工薄壁类易变形的高精度工件,确定临界切削速度，即获得切削温度-速度曲线图。 因工件材料、刀具材料和工艺系统特性的不同，切削温度-速度曲线图是不同的。 应用高速车削还要考虑刀具的耐用度，工艺系统的振动、排屑、安全等方面
21、。,适用场合,关键问题,加热车削一般采用激光加热或者等离子电弧加热作为辅助，再进行车削。,加热车削,激光辅助车削（LAT）,等离子电弧加热车削,LAT以激光作为热源，在切屑形成的过程中加热剪切面上的工件材料，改变切屑的形成模式，使之变成连续的切屑，改善已加工表面的状况（表面粗糙度、残余应力等）。可以减小切削力和工件的弹性变形，减小尺寸误差等。 主要应用于一般金属材料的加工。,用等离子弧加热靠近刀尖将要被切除的工件材料，使其硬度、强度降低，从而改善了切削条件。可以较大幅度地降低切削力。比通常的车削效率提高几倍，而且工件表面粗糙度也有所降低，切削后的金属表面温度不高于150。 主要应用于强度、硬度
22、、韧性很高的难加工金属材料的加工。,在普通机械加工中，直径较小的孔（ 1-50 mm）一般使用钻、扩、铰的方法加工。 钻、扩、铰孔可以在各种钻床上进行，也可以在车床、铣床、铣镗床上进行。,孔加工按形式可分为两大类。一类是从实体材料中加工出孔，如：钻一般圆孔、中心孔和深孔等。另一类是对工件上已有孔进行再加工，如：扩孔、铰孔和镗孔等。,3.3 钻削、镗削、拉削,3.3.1 钻削加工,钻削和麻花钻,钻床上可完成钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、钻沉头孔、锪平面，刀具旋转作主运动，同时沿轴向移动作进给运动。,钻床,钻床的加工精度不高，仅用于加工一般精度的孔。 钻床类型台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、深孔钻床等。,
23、台式钻床,台式钻床结构简单，使用方便，一般用于加工小型零件的小孔。,由于加工的孔径较小，台钻的主轴转速一般较高。 进给运动和位置靠手工调整。,进给箱和工作台可沿立柱的导轨调整上下位置，以适应工件高度。 钻不同的孔时，需要移动工件，因此，仅适用于中、小零件的单件、小批生产。,立式钻床,立式钻床又分为圆柱立式钻床、方柱立式钻床和可调多轴立式钻床三个系列。,摇臂钻床加工灵活，被广泛地应用于一般精度的各种批量的大、中型零件的加工。,摇臂钻床,主轴箱可沿摇臂的导轨横向移动。 摇臂可沿外立柱上下移动。 摇臂可在180范围内转动。 主轴的位置可在工作范围内任意地调整。,用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻削
24、，其加工精度为IT12-IT11，Ra值为25-12.5m，属于粗加工。,钻削和麻花钻,工作部分（切削部分和导向部分） 担负切削与导向工作，为保证钻头必要的刚性和强度，其钻心直径de向柄部方向递增。,麻花钻的结构,由工作部分、颈部、和柄部组成。,麻花钻切削部分的结构,麻花钻的主要几何参数,螺旋角b （18-30 ）,钻头外圆柱面与螺旋槽交线的切线与钻头轴线的夹角。 在主切削刃上半径不同的点的螺旋角不相等，钻头外缘处的螺旋角最大，越靠近钻头中心，其螺旋角越小。,螺旋角越大，钻头的进给前角越大，钻头越锋利。但是螺旋角过大，削弱钻头强度，散热条件也差。,顶角2f （118）,横刃斜角y（50-55
25、）,两个主切削刃在与其平行的平面上投影的夹角，标准麻花钻取顶角2=118。,横刃与主切削刃之间的夹角，标准麻花钻=5055。 当后角磨得偏大时，横刃斜角减小，横刃长度增大。,前角goy,麻花钻主切削刃各点前角变化很大，从处缘到钻心，前角逐渐减小，对标准麻花钻，前角由+30减到-30。,主切削刃上任意点y的前角0y是正交平面Poy中测量的前刀面与基面之间的夹角。,后角afy,主切削刃上任意点y的后角fy是在以钻心为轴心线的圆柱面的切平面上测量的钻头后刀面与切削平面之间的夹角。 后角比较能够反映钻头后刀面与加工表面之间的摩擦关系，同时测量也方便。 刃磨后角时，应沿主切削刃将后角从外缘到中心逐渐增大
26、。,钻头受力分析,切向力（主切削力）Fc 背向力（径向力）Fp 进给力（轴向力）Ff,钻头的每一切削刃都产生切削力，在各切削刃上有：,当切削刃对称时，背向力抵消，对钻头产生影响的是进给力F和切削扭矩M 。 FFf0Ff1Fft MM0M1Mt,通过钻削实验测得钻削力，各切削刃上产生的切削力和力矩的比例大致如表。,钻削力的分配,刚度差、导向性差 横刃产生的轴向力很大 切屑与孔壁剧烈摩擦 半封闭式切削，润滑、 散热、排屑条件很差 加工精度低，加工质量差,麻花钻的缺点,标准麻花钻存在切削刃长、前角变化大（+30至 -30横刃上约为-60) 、副后角为0，摩擦严重、螺旋槽排屑不畅、横刃部分切削条件很差
27、等结构问题。,修磨横刃 将横刃磨窄、磨低，改善横刃处的切削条件 修磨切削刃 将靠近钻心附近的主刃修磨成一段顶角较大的内直刃及一段圆弧刃,以增大该段切削刃的前角。 修磨刀面 在麻花钻的主后刀面上磨出两个对称的月牙 槽，形成三尖、七刃双顶角 磨出分屑槽 直径大于15mm的钻头，在外直刃上磨出分 屑槽，改善断屑、排屑情况。,生产中,为了提高钻孔的精度和效率,常将标准麻花钻按特定方式刃磨成“群钻” 。,群钻,修磨特点,经过综合修磨而成的群钻,切削性能显著提高。钻削时轴向力下降35%50%,扭矩降低10%30%刀具使用寿命提高35 倍,生产率、加工精度都有显著提高。,大型群钻 ( d 40mm ),镗削
28、主要完成精度高、孔径大或孔系的加工，此外，还可铣平面、沟槽、钻孔、扩孔、铰孔和车端面、外圆、内外环形槽及车螺纹等。,镗削,镗削主要在镗床、铣镗床上进行，普通铣镗床上镗孔精度最高为IT8-IT7，Ra1.6-0.8m。,3.3.2 镗削加工,镗削的特点,镗削加工灵活性大，适应性强。 镗削加工操作技术要求高。 镗刀结构简单，刃磨方便，成本低。 镗孔可修正上一工序所产生的孔的轴线位置误差，保证孔的位置精度。,镗床工作台运动精度较高，可以保证相关各孔之间的位置精度（孔距精度可达0.015mm），而且加工灵活。铣镗床还可以加工外圆和平面，主要用于加工机座、箱体、支架等大型零件上直径较大的孔及有较高位置精
29、度要求的孔，也可以在一次装夹中完成孔及其端面的加工，保证两者有较高的位置精度。,镗床,卧式镗床,特别适合加工大型、复杂的箱体类零件上精度要求较高的孔系及端面。,卧式镗床除了镗孔以外，还可车端面、铣端面、车外圆、车螺纹等，零件可在一次安装中完成大量的加工工序，其加工精度比钻床和一般的车床、铣床高。,卧式镗床,坐标镗床,主要用于单件小批生产夹具的精密孔、孔系和模具零件的加工，也可用于成批生产时对各类箱体、缸体和机体的精密孔系进行加工。,坐标镗床具有测量坐标位置的精密测量装置，工艺范围很广，除一般镗床的功能外，还可进行精密刻线和测量。,单柱坐标镗床,金刚镗床,金刚镗床是一种高速精密镗床，切削速度很高
30、，而背吃刀量 和进给量极小 。,可以获得很高的加工精度和表面粗糙度。常用于在成批生产、大量生产中加工有色金属零件上的精密孔和孔系。,立式精镗床,单刃镗刀安装在镗刀杆上，加工的孔径大小由调整刀头的伸出长度来保证，多用于单件小批量生产中。,镗刀 镗床上用的刀具种类较多，除了采用钻床所用的各种孔加工刀具和铣床所用的各种铣刀外，还可用单刃镗刀、微调镗刀和浮动镗刀。,单刃镗刀,单刃镗刀的特点,适应性较广，灵活性较大，可粗加，半精加，精加工，一把镗刀可加工直径不同的孔 可以校正原有孔轴线歪斜或位置偏差 生产率较低，较适用于单件小批量生产 单刃镗刀的刚度较低，为减少变形和振动，采用较小的切削用量，另外，仅有
31、一个主切削刃工作，所以生产率较低。,镗盲孔,镗通孔,在镗床上用微调镗刀可以提高调整精度，镗杆 5上装有镗刀头 3 ，刀片 4装在镗刀头上，镗刀头的外螺纹上装有锥形调整螺母2 。拉紧螺钉 1 可将带有调整螺母的镗刀头拉紧在镗杆的锥窝中，螺纹尾部的两个导向键 6 用来防止镗刀头转动。转动调整螺母可将刀片调整到所需尺寸。,微调镗刀,可调浮动镗刀的镗刀片在刀杆半径的方向上可以自由浮动，其尺寸精度可以达到IT7-6，Ra值不超过0.8m，但是不能修正孔原有的位置误差。,镗刀的两端有对称的切削刃同时参与切削，可以消除径向切削力对镗杆的影响，工件孔径的尺寸精度通过镗刀两切削刃之间的距离来保证。,双刃镗刀,多
32、 刃 镗 刀,粗拉的加工精度为IT8-IT7，Ra值为1.6-0.8m；精拉加工精度为IT7-IT6，Ra值为0.8-0.4m 。,拉削,用拉刀在相应的拉床上加工出工件内、外几何表面的方法称为拉削加工。拉削可加工内表面和外表面。,加工质量,拉刀的直线运动为主运动。拉削无进给运动，其进给靠拉刀每齿升量实现。,运动分析,当刀具在切削时不是受拉力而是受压力，这时刀具叫推刀，这种加工方法叫推削加工，推削加工主要用于修光孔和校正孔的变形。,3.3.3 拉削加工,拉削主要应用于成批、大量生产的场合。拉削可以加工各种形状的通孔、平面及成形表面等，但拉削只能加工贯通的等截面表面，特别是适用于成形内表面的加工。
33、,用应范围,适于拉削的典型表面形状,拉削过程,拉刀,后一刀齿比前一刀齿高出量。 粗切齿一般为 0.02 - 0.2 mm 精切齿为 0.005 - 0.015 mm,拉刀的齿升量,拉刀的结构,内拉刀,外拉刀,拉刀,拉刀,拉削方式（拉削图形）,渐成拉削方式 按此方式设计的拉刀，刀齿廓形与被拉削表面的形状不同，被加工工件表面的形状和尺寸由各刀齿的副切削刃形成。加工出的工件表面质量较差。,拉削方式可以分为三大类：分层拉削方式、分块拉削方式和综合拉削方式。,分层拉削方式,同廓拉削方式 按同廓拉削方式设计的拉刀，每个刀齿的廓形与被加工表面最终要求的形状相似。可获得较高的工件表面质量。,分块拉削方式,工件
34、上每一层金属是由一组尺寸相同的或基本相同的刀齿切去，每个刀齿仅切去一层金属的一部分，前后刀齿的切削位置相互错开，全部余量由几组刀齿顺序切完的一种拉削方式。,优点：切削刃的长度（切削宽度）较短，允许的切削厚度较大，拉刀的长度可大大缩短，也大大提高了生产率，并可直接拉削带硬皮的工件 。 缺点：拉刀的结构复杂，制造麻烦。拉削后工件的表面质量较差。,集中了同廓式拉刀和轮切式拉刀的优点，即粗切齿和过渡齿制成轮切式结构，精切齿则采用同廓式结构。这样可以使拉刀长度缩短，生产率提高，又能获得较好的工件表面质量。,综合拉削方式,综合拉削方式是前面两种拉削方式综合在一起的一种拉削方式。,拉床按其加工表面所处的位置
35、，可分为内拉床和外拉床。按拉床的结构和布局形式，又可分为立式拉床、卧式拉床、连续式（链条式）拉床等。,拉床,卧式内拉床,立式拉床,立式拉床根据用途可分为立式内拉床和立式外拉床两类。这种拉床可以用拉刀或推刀加工工件的内表面。,这种拉床由于连续进行加工，因而生产率较高，常用于大批大量生产中加工小型零件的外表面，如汽车、拖拉机连杆的连接平面及半圆凹面等。,连续式拉床（链条式拉床）,连续式拉床工作原理,生产效率高，一次可以完成粗、半精和精加工 可加工各种表面和特形面，加工范围广 加工后的工件精度和表面质量高 拉刀的耐用度高，寿命长 液压传动平稳，加工精度高 拉床结构简单 拉刀是定值刀具，制作复杂，成本
36、高,拉削工艺特点,铣削,铣削加工主要用于完成以平面和沟槽为主的可加工表面。如水平面、垂直面、斜面、直角槽、键槽、V形槽、燕尾槽、螺旋槽及成形面，还可以进行孔加工和分度加工。 在现代数控铣削中，还可以加工能够在计算机中表示出来的许多复杂三维曲面。,常规铣削加工的精度可以达到IT10-IT8，Ra值为3.2-1.6m，直线度可达0.08-0.12mm/m。,3.4 铣削,铣 削 加 工 表 面,铣削成形原理及应用,铣削运动,刀具旋转作主运动，工件或刀具移动作进给运动的切削加工一般称为铣削。,铣削深度ap和铣削宽度ae,ap指平行于铣刀轴线方向测得的切削层尺寸 ae指垂直于铣刀轴线的方向测量的切削层
37、尺寸,铣削层参数,铣刀的切削刃沿进给方向移动一个进给量f（mm/r）时，从工件表面切下的金属层为切削层。基本参数：切削宽度、切削厚度与切削面积,端铣刀,切削宽度,切削厚度,-瞬时接触角，工作刀齿所在位置与切入位置间的夹角,圆柱铣刀,螺旋齿圆柱铣刀切削宽度的值是变化的，随刀齿的切入逐渐增加，而刀齿切出时逐渐减少,切削厚度,切削宽度,直齿柱铣刀,切削面积,铣削力,在铣刀上 切向分力Fc、径向分力Fp、轴向分力Ff,在工件上： 垂直分力Fv、水平分力FH、轴向分力Fo,铣削方式,顺铣 铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同时为顺铣。 顺铣切削厚度大，接触长度短，铣刀寿命长，加工表面光洁。但不宜加工带硬皮
38、工件，铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，工作台进给丝杠与固定螺母之间一般有间隙存在，故应消除间隙。,利用刀具圆周上的刀齿进行加工称为周铣。,周铣,逆铣 铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时为逆铣。逆铣时切削厚度从零开始逐渐增大，刀刃在切削硬化的已加工表面上挤压、滑行，加速了刀具的磨损。逆铣时铣削力将工件上抬，易引起振动。,逆铣,顺铣,端铣有对称铣与不对称逆铣、不对称顺铣三种方式。 铣淬硬钢采用对称铣；铣碳钢和合金钢用不对称逆铣，减小 切入冲击，刀具寿命；铣不锈钢和耐热合金用不对称顺铣。,端铣,利用刀具端面刀齿进行加工称为端铣。,铣刀的种类多，结构不一，应用范围很广，按其用途可分为,铣刀,铣
39、刀是一种多刃回转刀具.铣削时同时参加切削的切削刃较长，且无空行程，Vc也较高，所以生产率较高。,加工平面用铣刀 如圆柱平面铣刀、端铣刀等 加工沟槽用铣刀 如立铣刀、两面刃或三面刃铣刀、锯片铣刀、T形槽铣刀和角度铣刀等 加工形成面用铣刀 如凸半圆和凹半圆铣刀等 加工其他复杂形成面用铣刀,铣刀种类,复杂形成面用铣刀,对于一些特殊加工表面，为了提高效率和加工质量，采用几把铣刀组合起来进行加工的方式，即使用具有专门形状的组合铣刀。,组合铣刀,出于设计和制造的需要，通常定义其螺旋角、法向前角n和端面后角o,铣刀的几何角度,圆柱铣刀,后角o 圆柱铣刀的后角规定在正交下面中测量。由于圆柱铣刀的正交平面就是铣
40、刀的端剖面，所以刀齿的端面后角就是圆柱铣刀的主后角o。,螺旋角 指螺旋切削刃展开成直线后，与铣刀轴线间的夹角。螺旋角就是圆柱铣刀的刃倾角。 法向前角n 通常用法向前角表示。法向前角与端面前角的关系为： tgn =tgo cos,在静止参考系中的角度与车刀基本相同。,端铣刀,铣床的类型很多，主要有立式铣床、卧式铣床、圆工作台及工作台不升降铣床、龙门及双柱铣床、工具铣床、仿形铣床及各种专门化铣床等。,铣床,卧式升降台铣床 主要特征是机床主轴轴线与工作台台面平行。 适用于单件及批量生产。,卧式升降台铣床,立式升降台铣床,立式升降台铣床 主轴轴线与工作台台面垂直。 机床承载能力大，刚性好，适于加工大而
41、重的工件，通常用于单件及小批量生产。,工作台不升降铣床,没有升降台，工作台只能做纵向、横向两个方向的运动，主轴箱可以沿床身导轨上下移动。,这种机床承载能力大，刚性好，适于加工大而重的工件。,双轴圆工作台铣床,主轴箱有两根主轴，可分别安装粗铣和半精铣用的端铣刀。圆工作台上可以装夹多个工件，加工时，圆工作台连续缓慢转动，完成进给运动。,生产效率较高，适于大批量生产中铣削中、小型零件的平面。,龙门铣床,龙门铣床有多个铣头，可用于对工件的多个表面进行铣削加工。机床的工作台只作纵向移动，横向和垂直进给由铣头在龙门框架上运动完成。,生产率较高，在成批、大量生产中得到广泛使用。适用于加工大型或重型工件。,铣
42、削技术的发展,强力铣削,高速铣削,模具钢、不锈钢、耐热合金等难加工材料的出现，对机床和刀具都提出了更高的要求。在这种背景下产生了强力铣削，它要求机床具有大功率、高刚度，要求刀具有良好的切削性能。随着机床与刀具技术的提高，强力铣削也随之而提高。,高速铣削是提高生产率的重要手段。目前高速钢铣刀切削灰铸铁（150225HB）时，切削速度为1520m/min；硬质合金铣刀为60110m/min，而采用多晶立方氮化硼铣刀的切削速度可以达到305762m/min。,数控高速铣削,铣削的效率高于磨削，特别是在加工大平面及长宽都较大的导轨面时，采用精密铣削代替磨削能够大大提高生产率。因此“以铣代磨”成了平面与
43、导轨加工中的一种趋势。例如，用硬质合金端铣刀精铣大型铸铁导轨面时，直线度在3m长度内可达0.01 0.02mm，表面粗糙度为Ra1.60.8m。超精铣铝合金时，表面粗糙度更可达Ra0.8 0.4m。,精密铣削,磨削,用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）作为工具对工件表面进行切削加工的方法统称为磨削。 在磨床上用砂轮对工件表面进行磨削加工是应用最多的磨削加工方法。由于磨料硬度高、耐热性好，所以磨削能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬硬钢、硬质合金、工程陶瓷等。,磨削加工工艺范围广泛，可加工外圆面、内孔、平面、螺纹、齿形等成形面，不仅用于精加工，也可用于粗加工、毛坯去皮加工。,3.5 磨削
44、,磨粒形状、大小各异，一般都有钝圆半径，磨粒以较大的负前角进行切削。,磨削机理及磨削过程,加工表面粗糙度值可达至 Ra 0.8 0.01m。 镜面磨削时可达 Ra 0.01 0.008 m。,加工质量,加工精度,磨削常用于半精加工和精加工，加工精度可达 IT7 IT5。 精磨外表面的精度可达IT6 IT5。 精磨内表面的精度为IT7 IT6。,表面粗糙度,磨削加工的特点,切削刃不规则 磨粒形状及分布不规则，切削厚度小，挤压摩擦严重。 磨削过程复杂 是切削、刻划与抛光作用的综合。 磨削速度高、温度高 速度达3550 m/s, 砂轮导热性差,瞬时高温可达8001000，要用切削液。 砂轮有自锐性
45、部分地恢复砂轮的切削能力，仍需对砂轮进行修整。 适宜加工高硬度材料 除加工一般材料外，可加工淬硬钢、耐热钢、硬质合金等，但不宜精加工韧性较大的有色金属。,按磨具的基本形态分为： 固结磨具 砂轮、砂瓦、磨头及油石等； 涂覆磨具 砂纸、砂布、砂带等； 游离磨具 研磨粉、研磨膏等。,磨具,用结合剂或粘结剂将磨料按一定要求粘结而成的砂轮、油石、砂纸、砂带等，以及用油料水剂调合而成的研磨膏等用于磨削的工具统称为磨具。,砂轮,组成 由磨粒、结合剂和气孔三要素组成,砂轮的特性 包括磨料、粒度、结合剂、硬度和组织,砂轮的切削性能取决于砂轮的特性,磨料 制造普通砂轮的磨料主要有氧化物系和碳化物系两大类。,刚玉类
46、外圆磨砂轮,刚玉类内圆磨砂轮,砂轮的粒度是指磨料颗粒的大小，以磨粒刚好能通过的筛网一英寸长度上有多少孔目数来表示。当直径小于40m时，这种磨粒称为微粉，以W表示。影响生产率与表面粗糙度。,是用于把细小的磨粒粘固成磨轮的结合物质，影响砂轮的强度、硬度及耐热等特性。,粒度,结合剂,表示砂轮中磨料、结合剂和气孔三者之间不同体积的比例关系，用气孔率和磨粒率表示。影响砂轮结构的松紧程度。,组织,紧密组织 成形性好，加工质量高，适于成形磨、精密磨 和强力磨削。 中等组织 适于一般磨削工作，如淬火钢、刀具刃磨等。 疏松组织 不易堵塞砂轮，适于粗磨、磨软材、磨平面、内圆等接触 面积较大时，磨热敏性强的材料或薄
47、件。,砂轮硬度是指砂轮工作时在外力作用下磨粒脱落的难易程度。易脱落则砂轮硬度低；反之，砂轮硬度高。影响切削质量和生产率。,硬度,砂轮硬度选择原则 磨削硬材，选软砂轮；磨削软材，选硬砂轮； 磨削导热性差的材料，不易散热，选软砂轮以免工件烧伤； 砂轮与工件接触面积大时，选较软的砂轮； 成形磨精磨时，选硬砂轮；粗磨时选较软的砂轮。,普通磨削多在通用磨床上进行，是一种应用十分广泛的精加工方法，可以加工内外回转表面、平面、成形表面及刃磨刀具。普通磨削可以分为粗磨和精磨。,磨削加工的主运动是砂轮的高速旋转运动。,普通磨削,主运动,进给运动,根据加工表面的不同进给运动可分为直线进给、圆周进给运动。,在普通外
48、圆磨床和万能外圆磨床上进行，具体方法有纵磨法和横磨法两种。,磨外圆,普通外圆磨床,万能外圆磨床,在内圆磨床和万能外圆磨床上进行。与磨外圆相比，磨内圆比磨外圆生产率低，加工精度和表面质量也较差。,磨内圆,在平面磨床上进行，其方法有周磨法和端磨法两种。,磨平面,平面磨床,无心磨削,无心磨削在无心磨床上进行，具体实现形式有纵磨削和横磨法两种。这种磨床由于不用顶尖定位（定心），工件圆度误差可达0.0001-0.001mm，表面粗糙度Ra值为0.1-0.025m。,无心磨生产效率高，配备装卸料装置还可实现自动化，适用于大批大量生产，但由于机床调整比较费时不适于单件小批生产。,无心外圆磨床,高效磨削,高速磨削,砂轮线速度提高到45m/s以上时则称为高速磨削。高速磨削可获得明显的技术经济效果，生产率一般可以提高30%-100%，砂轮耐用度提高0.7-1倍，工件表面粗糙度Ra值可以稳定地达到0.8-0.4m。,缓进给深磨削,切削深度约为普通磨削的100-1000倍，可达3-30mm，是一种强力磨削方法。这种方法现在已经成功用于丝杠、齿轮、转子槽等沟槽齿槽，实现以磨代铣。,宽砂轮磨削和多砂轮磨削是用增大磨削宽度来提高磨削效率的。主要用于大批量生产中。 尺寸精度可达IT6，表面粗糙度Ra值可达0.4m。,宽砂轮与多砂轮磨削
